FR3017236B1 - PROCESS FOR PREPARING TUBULAR NUCLEAR FUEL ELEMENT AND TUBULAR NUCLEAR FUEL ELEMENT THUS OBTAINED - Google Patents
PROCESS FOR PREPARING TUBULAR NUCLEAR FUEL ELEMENT AND TUBULAR NUCLEAR FUEL ELEMENT THUS OBTAINED Download PDFInfo
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Abstract
On décrit ici un procédé pour préparer un élément de combustible nucléaire tubulaire (10), le procédé comprenant les étapes consistant à (Etape 1) préparer une plaque de combustible nucléaire rectangulaire dans laquelle le combustible nucléaire (2) est disposé dans son matériau de revêtement (1), et (Etape 2) enrouler la plaque de combustible nucléaire préparée à l'étape 1 afin de former un tube. La présente invention propose également de préparer facilement un élément de combustible nucléaire tubulaire dans lequel la plaque de combustible nucléaire rectangulaire ayant le combustible nucléaire dans son matériau de revêtement est enroulée selon une forme de spirale. Une saillie (3) peut être formée sur la surface circonférentielle externe de l'élément de combustible nucléaire tubulaire afin de fixer étroitement et intégrer les éléments de combustible nucléaire entre eux, pour dissiper ainsi plus facilement la chaleur générée à l'intérieur de l'élément de combustible nucléaire tubulaire.A process for preparing a tubular nuclear fuel element (10) is described, the method comprising the steps of (Step 1) preparing a rectangular nuclear fuel plate in which the nuclear fuel (2) is disposed in its coating material (1), and (Step 2) wind up the nuclear fuel plate prepared in step 1 to form a tube. The present invention also proposes to easily prepare a tubular nuclear fuel element in which the rectangular nuclear fuel plate having the nuclear fuel in its coating material is wound in a spiral shape. A protrusion (3) may be formed on the outer circumferential surface of the tubular nuclear fuel element to tightly secure and integrate the nuclear fuel elements therebetween, thereby more easily dissipating the heat generated within the tubular nuclear fuel element. tubular nuclear fuel element.
Description
Contexte de l'inventionContext of the invention
Domaine de l'inventionField of the invention
La présente description concerne un procédé pour préparer un élément de combustible nucléaire tubulaire et un élément de combustible nucléaire tubulaire préparé par ce dernier.The present disclosure relates to a process for preparing a tubular nuclear fuel element and a tubular nuclear fuel element prepared thereby.
Description de l'art connexeDescription of the Related Art
Lorsque l'uranium (U) subit la fission, cela peut générer un rayonnement et beaucoup de chaleur. Ici, un dispositif utilisant la chaleur est appelé un réacteur de puissance, et un dispositif utilisant le rayonnement est appelé réacteur de recherche. En général, le réacteur de recherche est un dispositif utilisant le rayonnement généré par un réacteur nucléaire, ce qui représente un réacteur nucléaire de recherche pour rechercher un effet d'irradiation du rayonnement par rapport à un objet et à un organisme en utilisant des rayons de neutron ou en générant un isotope. Dans un sens large, le réacteur de recherche représente un dispositif à l'exception du réacteur de puissance, comme par exemple, un réacteur expérimental destiné à un réacteur de puissance ou un réacteur de matériau expérimental. Généralement, on utilise deux types de combustibles nucléaires dans un réacteur de recherche, qui sont le combustible nucléaire en forme de tige et le combustible nucléaire en forme de plaque. Au Canada et en Corée, on utilise le combustible nucléaire en forme de tige et aux Etats-Unis et ailleurs, on utilise le combustible nucléaire en forme de plaque.When uranium (U) undergoes fission, it can generate radiation and a lot of heat. Here, a device using heat is called a power reactor, and a device using the radiation is called a research reactor. In general, the research reactor is a device using the radiation generated by a nuclear reactor, which represents a nuclear research reactor to search for an irradiation effect of the radiation with respect to an object and an organism using radiation rays. neutron or by generating an isotope. In a broad sense, the research reactor represents a device with the exception of the power reactor, such as, for example, an experimental reactor for a power reactor or a reactor of experimental material. Generally, two types of nuclear fuel are used in a research reactor, which are the rod-shaped nuclear fuel and the plate-shaped nuclear fuel. In Canada and Korea, rod-shaped nuclear fuel is used, and in the United States and elsewhere, nuclear fuel is used in the form of a plate.
Le combustible nucléaire en forme de tige qui est utilisé dans un réacteur de recherche est limité pour fournir une densité élevée de puissance pour un développement efficace. Ainsi, afin d'améliorer la stabilité et augmenter la puissance, on développe activement un élément de combustible nucléaire tubulaire ou annulaire ayant des conceptions différentes de l'élément de combustible nucléaire en forme de tige actuel.The rod-shaped nuclear fuel that is used in a research reactor is limited to provide a high power density for efficient development. Thus, to improve stability and increase power, a tubular or annular nuclear fuel element having different designs of the current rod-shaped nuclear fuel element is actively developed.
Le combustible nucléaire en forme de tige actuel a une structure dans laquelle une pastille cylindrique de UO2 est insérée dans un tube formant revêtement réalisé avec un alliage de zirconium (Zr), et les deux extrémités du tube de gaine sont soudées et hermétiquement fermées par un bouchon cylindrique. Ainsi, la chaleur générée dans l'élément de combustible nucléaire est transférée à l'eau de refroidissement s'écoulant à l'extérieur du tube de gaine. D'autre part, l'élément de combustible nucléaire tubulaire ou annulaire a une forme tubulaire ou annulaire et une structure à double refroidissement dans laquelle l'intérieur et l'extérieur de l'élément de combustible nucléaire sont simultanément refroidis. L'élément de combustible nucléaire actuel est limité du point de vue du rendement et de la sécurité en ce qui concerne la température et le flux de chaleur. De manière détaillée, la pastille de UO2 a une faible conductivité thermique parce qu'elle est formée à partir d'oxyde, et ainsi la chaleur générée par la fission nucléaire ne peut pas être rapidement transférée à l'eau de refroidissement. Ainsi, la pastille peut avoir une température supérieure à celle de l'eau de refroidissement. Si la pastille de combustible nucléaire est dans un état de haute température, la marge de sécurité lors de différents quasi-accidents de réacteur nucléaire peut être empiétée. Egalement, lorsque le flux de chaleur augmente sur la surface de l'élément de combustible nucléaire, la marge thermique peut être réduite pour déterminer le rendement et la sécurité de l'élément de combustible nucléaire. Ainsi, afin d'améliorer la stabilité d'un élément de combustible nucléaire, on a réalisé des études pour réduire le flux de chaleur et la température de l'élément de combustible nucléaire. L'élément de combustible nucléaire peut être considérablement amélioré du point de vue de la sécurité en réduisant sa température et son flux de chaleur.The present rod-shaped nuclear fuel has a structure in which a UO2 cylindrical pellet is inserted into a zirconium alloy (Zr) -layered cladding tube, and both ends of the cladding tube are welded and hermetically sealed by a cylindrical plug. Thus, the heat generated in the nuclear fuel element is transferred to the cooling water flowing out of the sheath tube. On the other hand, the tubular or annular nuclear fuel element has a tubular or annular shape and a double cooling structure in which the inside and the outside of the nuclear fuel element are simultaneously cooled. The current nuclear fuel element is limited in performance and safety with respect to temperature and heat flow. In detail, the UO2 pellet has low thermal conductivity because it is formed from oxide, and thus the heat generated by nuclear fission can not be rapidly transferred to the cooling water. Thus, the pellet may have a temperature greater than that of the cooling water. If the nuclear fuel pellet is in a state of high temperature, the margin of safety at different nuclear reactor near misses can be encroached. Also, as the heat flux increases on the surface of the nuclear fuel element, the thermal margin can be reduced to determine the efficiency and safety of the nuclear fuel element. Thus, in order to improve the stability of a nuclear fuel element, studies have been conducted to reduce heat flux and temperature of the nuclear fuel element. The nuclear fuel element can be considerably improved from the point of view of safety by reducing its temperature and its heat flow.
Le brevet US-3,928,132 (RokoBujas, Elément de combustible annulaire pour réacteur à haute température, 1975) décrit un élément de combustible nucléaire permettant de surmonter les limitations relatives à la température et au flux de chaleur de l'élément de combustible nucléaire cylindrique. Cet élément de combustible nucléaire annulaire a une forme annulaire pour permettre à l'eau de refroidissement de s'écouler simultanément à l'intérieur et à l'extérieur de l'élément de combustible, est décrit dans le brevet US-3,928,132 (RokoBujas, Elément de combustible annulaire pour réacteur à haute température, 1975).U.S. Patent No. 3,928,132 (RokoBujas, High Temperature Reactor Annular Fuel Element, 1975) discloses a nuclear fuel element for overcoming the temperature and heat flow limitations of the cylindrical nuclear fuel element. This annular nuclear fuel element has an annular shape to allow the cooling water to flow simultaneously inside and outside the fuel element, is described in US Pat. No. 3,928,132 (RokoBujas, Annular Fuel Element for High Temperature Reactors, 1975).
Il existe également un résultat issu d'une recherche dans lequel la pastille et le matériau de revêtement de l'élément de combustible nucléaire cylindrique actuel sont appliqués tels quels, mais on transforme la conception de l'élément de combustible nucléaire cylindrique en un élément de combustible nucléaire annulaire en vue d'utiliser l'élément de combustible nucléaire annulaire dans le réacteur à eau légère (M.S Kazimi et associés, Conception de combustion à haute performance pour future génération PWR : dernier rapport, MIT-NFC-PR-002, Janvier 2006).There is also a result from a search in which the pellet and coating material of the current cylindrical nuclear fuel element are applied as is, but the design of the cylindrical nuclear fuel element is transformed into an element of annular nuclear fuel for use of the annular nuclear fuel element in the light water reactor (MS Kazimi et al., High-performance combustion design for future generation PWR: latest report, MIT-NFC-PR-002, January 2006).
Cependant, il est difficile de préparer un combustible nucléaire annulaire, l'intérieur et l'extérieur du combustible nucléaire annulaire pouvant être complètement séparés l'un de l'autre, ce qui peut provoquer des problèmes dus à un environnement thermo-hydraulique différent. Par ailleurs, les éléments de combustible nucléaire peuvent ne pas être parfaitement fixés entre eux.However, it is difficult to prepare an annular nuclear fuel, the inside and outside of the ring nuclear fuel being able to be completely separated from each other, which can cause problems due to a different thermohydraulic environment. In addition, the nuclear fuel elements may not be perfectly fixed together.
Ainsi, tout en recherchant un procédé pour préparer un élément de combustible nucléaire tubulaire, les inventeurs ont découvert qu'une plaque de combustible nucléaire rectangulaire dans laquelle le combustible nucléaire est disposé dans un matériau de revêtement enroulé en forme de spirale permet de préparer facilement un élément de combustible nucléaire tubulaire. Lorsque l'élément de combustible nucléaire tubulaire est préparé, l'intérieur et l'extérieur de l'élément de combustible nucléaire tubulaire ne sont pas complètement séparés l'un de l'autre, afin de résoudre les phénomènes se produisant en raison de l'intérieur étanche de l'élément de combustible nucléaire tubulaire. Bien que l'intérieur et l'extérieur de l'élément de combustible nucléaire tubulaire soient complètement étanches, une saillie est formée sur une surface circonférentielle externe de l'élément de combustible nucléaire tubulaire pour se fixer étroitement et intégrer les éléments de combustible nucléaire entre eux, dissipant ainsi plus facilement la chaleur générée à l'intérieur de l'élément de combustible nucléaire tubulaire. Par conséquent, on peut obtenir une efficacité importante de dissipation de chaleur afin d'améliorer le rendement du réacteur de recherche ainsi qu'une stabilité garantie par l'élément de combustible nucléaire tubulaire qui peut être doublement refroidi par l'eau de refroidissement afin de garantir la stabilité. Résumé de l'inventionThus, while searching for a method for preparing a tubular nuclear fuel element, the inventors have discovered that a rectangular nuclear fuel plate in which the nuclear fuel is disposed in a spiral-wound coating material makes it easy to prepare a tubular nuclear fuel element. When the tubular nuclear fuel element is prepared, the inside and outside of the tubular nuclear fuel element are not completely separated from each other, in order to solve the phenomena occurring due to the sealed interior of the tubular nuclear fuel element. Although the inside and outside of the tubular nuclear fuel element are completely sealed, a protrusion is formed on an outer circumferential surface of the tubular nuclear fuel element to tightly attach and integrate the nuclear fuel elements between they, thus dissipating more easily the heat generated inside the tubular nuclear fuel element. Therefore, significant heat dissipation efficiency can be achieved to improve the efficiency of the research reactor as well as guaranteed stability by the tubular nuclear fuel element which can be doubly cooled by the cooling water to guarantee stability. Summary of the invention
Des modes de réalisation de la présente invention proposent un procédé pour préparer un élément de combustible nucléaire tubulaire et un élément de combustible nucléaire tubulaire préparé avec ce dernier.Embodiments of the present invention provide a method for preparing a tubular nuclear fuel element and a tubular nuclear fuel element prepared therewith.
Selon un aspect de la présente invention, on propose un procédé pour préparer un élément de combustible nucléaire tubulaire comprenant les étapes consistant à : (Etape 1) préparer une plaque de combustible nucléaire rectangulaire ayant le combustible nucléaire dans un matériau de revêtement ; et (Etape 2) enrouler la plaque de combustible nucléaire préparée à l'étape 1 selon une forme de spirale afin de former un tube.According to one aspect of the present invention there is provided a method for preparing a tubular nuclear fuel element comprising the steps of: (Step 1) preparing a rectangular nuclear fuel plate having the nuclear fuel in a coating material; and (Step 2) winding the nuclear fuel plate prepared in step 1 into a spiral shape to form a tube.
Avantageusement, l'étape consistant à préparer la plaque de combustible nucléaire à l'étape 1 peut comprendre les étapes consistant à : (Etape a) préparer un élément de combustible nucléaire dans lequel le combustible nucléaire est inséré dans un revêtement en forme de tube; et (Etape b) comprimer l'élément de combustible nucléaire préparé à l'étape a afin de préparer la plaque de combustible nucléaire.Advantageously, the step of preparing the nuclear fuel plate in step 1 may comprise the steps of: (Step a) preparing a nuclear fuel element in which the nuclear fuel is inserted into a tube-shaped coating; and (step b) compressing the nuclear fuel element prepared in step a to prepare the nuclear fuel plate.
Avantageusement la plaque de combustible nucléaire à l'étape 1 peut avoir une épaisseur d'environ 0,30 mm à environ 0,63 mm.Advantageously the nuclear fuel plate in step 1 may have a thickness of about 0.30 mm to about 0.63 mm.
Avantageusement la plaque de combustible nucléaire à l'étape 1 peut avoir une longueur d'environ 100 cm à environ 300 cm.Advantageously the nuclear fuel plate in step 1 may have a length of about 100 cm to about 300 cm.
Avantageusement la plaque de combustible nucléaire à l'étape 1 peut avoir une largeur d'environ 1,0 cm à environ 7, 0 cm.Advantageously the nuclear fuel plate in step 1 may have a width of about 1.0 cm to about 7.0 cm.
Avantageusement le combustible nucléaire à l'étape 1 peut être le combustible nucléaire U-Mo.Advantageously, the nuclear fuel in step 1 may be the U-Mo nuclear fuel.
Avantageusement le matériau de revêtement à l'étape 1 peut être un alliage à base d'aluminium et d'acier ou un alliage à base de zirconium et d'acier.Advantageously, the coating material in step 1 may be an alloy based on aluminum and steel or an alloy based on zirconium and steel.
Avantageusement le procédé peut comprendre en outre l'étape consistant à former une saillie en spirale sur une surface circonférentielle externe de l'élément de combustible nucléaire tubulaire préparé après que l'étape 2 ait été réalisée.Advantageously, the method may further comprise the step of forming a spiral protrusion on an outer circumferential surface of the tubular nuclear fuel element prepared after step 2 has been performed.
Avantageusement la saillie en spirale peut être formée en soudant une extrémité sur l'autre extrémité qui est adjacente à la première extrémité de la plaque de combustible nucléaire ou en fixant un renforcement.Advantageously the spiral projection may be formed by welding one end to the other end which is adjacent to the first end of the nuclear fuel plate or attaching a reinforcement.
Selon un autre aspect de la présente invention, on propose un élément de combustible nucléaire tubulaire préparé avec le procédé de préparation ci-dessus.According to another aspect of the present invention, there is provided a tubular nuclear fuel element prepared with the above preparation method.
Selon un autre aspect de la présente invention, on propose un ensemble de combustible nucléaire comprenant l'élément de combustible nucléaire tubulaire.In another aspect of the present invention there is provided a nuclear fuel assembly comprising the tubular nuclear fuel element.
Avantageusement les éléments de combustible nucléaire tubulaires ayant des diamètres différents peuvent être agencés de manière concentrique.Advantageously, the tubular nuclear fuel elements having different diameters can be arranged in a concentric manner.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
Les objets, caractéristiques et autres avantages ci-dessus de la présente invention seront bien compris de la description détaillée suivante prise conjointement avec les dessins d'accompagnement, dans lesquels :The above objects, features, and other advantages of the present invention will be well understood from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
Les figures 1 à 6 sont des vues schématiques d'un élément de combustible nucléaire tubulaire selon la présente invention.Figures 1 to 6 are schematic views of a tubular nuclear fuel element according to the present invention.
Description des modes de réalisation préférésDescription of the preferred embodiments
Les caractéristiques et avantages de la présente invention seront bien compris de la description détaillée suivante des présents modes de réalisation préférés en référence aux dessins d'accompagnement. Il faut tout d'abord noter que les termes ou mots utilisés ici doivent être interprétés comme ayant les sens ou les concepts correspondant à « l'esprit » technique de la présente invention, basés sur le principe que l'inventeur peut définir de manière appropriée les concepts des termes pour mieux décrire sa propre invention. Il faut également comprendre que les descriptions détaillées des fonctions et des structures bien connues concernant la présente invention seront omises afin de ne pas obscurcir inutilement le point important de la présente invention.The features and advantages of the present invention will be well understood from the following detailed description of the present preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. It should first be noted that the terms or words used herein should be construed as having the meanings or concepts corresponding to the technical "mind" of the present invention, based on the principle that the inventor can appropriately define concepts of terms to better describe one's own invention. It should also be understood that detailed descriptions of well-known functions and structures relating to the present invention will be omitted so as not to obscure unnecessarily the important point of the present invention.
La présente invention propose un procédé pour préparer un élément de combustible nucléaire tubulaire comprenant les étapes consistant à (Etape 1) préparer une plaque de combustible nucléaire rectangulaire ayant le combustible nucléaire dans son matériau de revêtement et (Etape 2) à enrouler la plaque de combustible nucléaire préparée à l'étape 1 selon une forme de spirale afin de former un tube.The present invention provides a method for preparing a tubular nuclear fuel element comprising the steps of (Step 1) preparing a rectangular nuclear fuel plate having the nuclear fuel in its coating material and (Step 2) winding the fuel plate prepared in step 1 in a spiral shape to form a tube.
Ci-après, le procédé pour préparer l'élément de combustible nucléaire tubulaire selon la présente invention sera décrit de manière détaillée étape par étape.Hereinafter, the process for preparing the tubular nuclear fuel element according to the present invention will be described in detail step by step.
Dans le procédé permettant de préparer l'élément de combustible nucléaire tubulaire selon la présente invention, l'étape 1 est un processus consistant à préparer la plaque de combustible nucléaire rectangulaire ayant le combustible nucléaire dans son matériau de revêtement. L'élément de combustible nucléaire cylindrique actuel est limité du point de vue du rendement et de la sécurité en ce qui concerne la température et le flux de chaleur. Le combustible nucléaire cylindre est également limité pour obtenir une densité élevée de puissance pour un développement efficace.In the process for preparing the tubular nuclear fuel element according to the present invention, step 1 is a process of preparing the rectangular nuclear fuel plate having the nuclear fuel in its coating material. The current cylindrical nuclear fuel element is limited in efficiency and safety with respect to temperature and heat flow. The nuclear fuel cylinder is also limited to obtain a high power density for efficient development.
Il faut noter qu'il est difficile de préparer un élément de combustible nucléaire tubulaire et un élément de combustible nucléaire en spirale en forme de croix qui sont récemment proposés pour dépasser les limites décrites ci-dessus. Aussi, il est difficile de former un noyau avec un combustible nucléaire en forme de plaque typique en raison de sa forme géométrique.It should be noted that it is difficult to prepare a crucially shaped tubular nuclear fuel element and a cross-shaped nuclear fuel element that has recently been proposed to exceed the limits described above. Also, it is difficult to form a core with a typical plate-shaped nuclear fuel because of its geometric shape.
Afin de dépasser les limitations, la présente invention propose un procédé pour préparer facilement un élément de combustible nucléaire tubulaire dans lequel une plaque de combustible nucléaire rectangulaire ayant un combustible nucléaire dans son matériau de revêtement est enroulée selon une forme de spirale.In order to overcome the limitations, the present invention provides a method for easily preparing a tubular nuclear fuel element in which a rectangular nuclear fuel plate having a nuclear fuel in its coating material is wound in a spiral shape.
Ici, par exemple, la plaque de combustible nucléaire à l'étape 1 peut être préparée en réalisant les étapes consistant à : (Etape a) préparer un élément de combustible nucléaire dans lequel le combustible nucléaire est inséré dans un revêtement en forme de tube; et (Etape b) comprimer l'élément de combustible nucléaire préparé à l'étape a afin de préparer la plaque de combustible nucléaire.Here, for example, the nuclear fuel plate in step 1 can be prepared by performing the steps of: (Step a) preparing a nuclear fuel element in which the nuclear fuel is inserted into a tube-shaped coating; and (step b) compressing the nuclear fuel element prepared in step a to prepare the nuclear fuel plate.
Premièrement, l'étape a est un procédé pour préparer l'élément de combustible nucléaire dans lequel le combustible nucléaire combustible nucléaire est inséré dans revêtement en forme de tube. A l'étape a, un élément de combustible nucléaire cylindrique typique peut être préparé pour être utilisé en tant que matériau pour préparer une plaque de combustible nucléaire.First, step a is a process for preparing the nuclear fuel element in which the nuclear fuel nuclear fuel is inserted into a tube-shaped coating. In step a, a typical cylindrical nuclear fuel element may be prepared for use as a material for preparing a nuclear fuel plate.
En l'occurence, l'élément de combustible nucléaire préparé à l'étape a peut avoir un diamètre et une longueur qui sont ajustés selon ceux d'un élément de combustible nucléaire tubulaire qui sera préparé plus tard. Par exemple, l'élément de combustible nucléaire préparé à l'étape 1 peut avoir un diamètre d'environ 5 mm à environ 20 mm et une longueur d'environ 60 cm à environ 150 cm ; cependant le diamètre et la longueur de l'élément de combustible nucléaire ne sont pas limités à ces valeurs.In this case, the nuclear fuel element prepared in step a may have a diameter and a length that are adjusted to those of a tubular nuclear fuel element to be prepared later. For example, the nuclear fuel element prepared in step 1 may have a diameter of about 5 mm to about 20 mm and a length of about 60 cm to about 150 cm; however, the diameter and length of the nuclear fuel element are not limited to these values.
Ensuite, l'étape b est un procédé consistant à comprimer l'élément de combustible nucléaire préparé à l'étape a afin de préparer la plaque de combustible nucléaire.Next, step b is a method of compressing the nuclear fuel element prepared in step a to prepare the nuclear fuel plate.
De manière détaillée, à l'étape b, l'élément de combustible nucléaire préparé à l'étape a peut être utilisé pour préparer une plaque de combustible nucléaire ayant une épaisseur prédéterminée grâce à une pression appropriée.In detail, in step b, the nuclear fuel element prepared in step a may be used to prepare a nuclear fuel plate having a predetermined thickness by appropriate pressure.
Ici, la plaque de combustible nucléaire peut avoir une épaisseur d'environ 0,30 mm à environ 0,61 mm ; cependant il n'est pas difficile de préparer un élément de combustible nucléaire tubulaire ultérieurement parce que le matériau de revêtement et la plaque de combustible nucléaire ont une épaisseur trop fine ou trop épaisse, la plaque de combustible nucléaire n'étant pas limitée en épaisseur.Here, the nuclear fuel plate may have a thickness of about 0.30 mm to about 0.61 mm; however, it is not difficult to prepare a tubular nuclear fuel element later because the coating material and the nuclear fuel plate are too thin or too thick, the nuclear fuel plate not being limited in thickness.
Egalement, la plaque de combustible nucléaire peut avoir une longueur d'environ 100 cm à environ 300 cm et une largeur d'environ 1,0 cm à environ 7,0 cm, cependant la longueur et la largeur de la plaque de combustible nucléaire ne sont pas limitées par ces valeurs. Une plaque de combustible nucléaire ayant une longueur et une largeur appropriées peut être préparée pour être utilisée selon un diamètre et une longueur d'un élément de combustible nucléaire tubulaire qui sera préparé plus tard.Also, the nuclear fuel plate may have a length of about 100 cm to about 300 cm and a width of about 1.0 cm to about 7.0 cm, however the length and width of the nuclear fuel plate may are not limited by these values. A nuclear fuel plate having an appropriate length and width may be prepared for use in a diameter and length of a tubular nuclear fuel element to be prepared later.
De plus, le matériau de revêtement à l'étape 1 peut être un alliage à base d'aluminium et d'acier ou être un alliage à base de zirconium et d'acier. Ici, l'alliage à base de zirconium peut être une composition d'alliage de zirconium se composant de : environ 0,05% en poids à environ 2,5% en poids de chaque type ou des deux types parmi le niobium (Nb) et l'étain (Sn) ; d'environ 0,01% en poids à environ 0,5% en poids d'au moins un type d'élément choisi dans le groupe comprenant le fer (Fe), le chrome (Cr) , le cuivre (Cu) , le nickel (Ni) et le vanadium (V) ; et du zirconium résiduel, sans y être limité.In addition, the coating material in step 1 may be an alloy based on aluminum and steel or be a zirconium alloy and steel. Here, the zirconium-based alloy can be a zirconium alloy composition consisting of: about 0.05% by weight to about 2.5% by weight of each type or both types among niobium (Nb) and tin (Sn); from about 0.01% by weight to about 0.5% by weight of at least one type of member selected from the group consisting of iron (Fe), chromium (Cr), copper (Cu), nickel (Ni) and vanadium (V); and residual zirconium, without being limited thereto.
Etant donné que l'alliage de zirconium a une faible section transversale d'absorption de neutron et une excellente propriété mécanique ainsi qu'une résistance à la corrosion dans un réacteur à eau légère et un réacteur à eau lourde, l'alliage de zirconium peut être utilisé en tant que matériau pour un revêtement en forme de tube de gaine de combustible nucléaire et un tube résistant à la pression contenant le combustible nucléaire.Since the zirconium alloy has a small neutron absorption cross-section and excellent mechanical property as well as corrosion resistance in a light water reactor and a heavy water reactor, the zirconium alloy can be used as a material for a nuclear fuel cladding tube-shaped liner and a pressure-resistant tube containing the nuclear fuel.
Le combustible nucléaire disposé dans le matériau fode revêtement à l'étape 1 peut également être le combustible nucléaire U-Mo.The nuclear fuel disposed in the coated material in step 1 may also be the U-Mo nuclear fuel.
Ensuite, dans le procédé pour préparer l'élément de combustible nucléaire tubulaire selon la présente invention, l'étape 2 est un procédé consistant à enrouler la plaque de combustible nucléaire qui est préparée à l'étape 1 selon une forme de spirale afin de former un tube. L'étape 2 est un procédé consistant à enrouler la plaque de combustible nucléaire rectangulaire dans laquelle le combustible nucléaire est disposé dans son matériau de revêtement selon une forme de spirale pour préparer facilement un élément de combustible nucléaire tubulaire.Then, in the process for preparing the tubular nuclear fuel element according to the present invention, step 2 is a method of winding the nuclear fuel plate which is prepared in step 1 into a spiral shape to form a tube. Step 2 is a method of winding the rectangular nuclear fuel plate in which the nuclear fuel is disposed in its coating material in a spiral shape to readily prepare a tubular nuclear fuel element.
Ici, le procédé peut en outre comprendre un procédé pour former une saillie en spirale sur une surface circonférentielle externe de l'élément de combustible nucléaire tubulaire préparé après que l'étape 2 ait été réalisée.Here, the method may further include a method for forming a spiral protrusion on an outer circumferential surface of the tubular nuclear fuel element prepared after step 2 has been performed.
Après que l'étape 2 ait été réalisée, une saillie en spirale peut être formée sur la surface circonférentielle externe de l'élément de combustible nucléaire tubulaire pour fixer étroitement les éléments de combustible nucléaire tubulaires et les intégrer entre eux, dissipant ainsi plus facilement la chaleur générée dans l'élément de combustible nucléaire tubulaire.After step 2 has been performed, a spiral projection may be formed on the outer circumferential surface of the tubular nuclear fuel element to tightly secure the tubular nuclear fuel elements and integrate them together, thereby more easily dissipating the generated heat in the tubular nuclear fuel element.
Ici, la saillie en spirale peut être formée en soudant une extrémité sur l'autre extrémité qui est adjacente à la première extrémité de la plaque de combustible nucléaire ou en fixant un renforcement, sans y être cependant limité.Here, the spiral projection may be formed by welding one end to the other end which is adjacent to the first end of the nuclear fuel plate or fixing a reinforcement, but is not limited thereto.
En variante, un espace vide peut être défini dans la surface circonférentielle externe de l'élément de combustible nucléaire tubulaire sans former de saillie en spirale afin de préparer l'élément de combustible nucléaire tubulaire sans séparer l'intérieur de l'extérieur de l'élément de combustible nucléaire tubulaire. Si l'intérieur et l'extérieur de l'élément de combustible nucléaire tubulaire ne sont pas complètement séparés l'un de l'autre, on peut résoudre les phénomènes se produisant en raison de l'intérieur étanche.Alternatively, a void space may be defined in the outer circumferential surface of the tubular nuclear fuel element without spirally projecting to prepare the tubular nuclear fuel element without separating the interior from the outside of the tubular nuclear fuel element. tubular nuclear fuel element. If the inside and the outside of the tubular nuclear fuel element are not completely separated from each other, phenomena occurring due to the sealed interior can be solved.
Egalement, la présente invention propose un élément de combustible nucléaire tubulaire préparé par le procédé de préparation décrit ci-dessus.Also, the present invention provides a tubular nuclear fuel element prepared by the method of preparation described above.
Ci-après, l'élément de combustible nucléaire tubulaire selon la présente invention sera décrit de manière plus détaillée en référence aux figures 1 à 6. L'élément de combustible nucléaire cylindrique existant est limité du point de vue du rendement et de la sécurité en ce qui concerne la température et le flux de chaleur. Egalement, le combustible nucléaire cylindrique est limité pour fournir une densité élevée de puissance pour un développement efficace.Hereinafter, the tubular nuclear fuel element according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 6. The existing cylindrical nuclear fuel element is limited in performance and safety. regarding temperature and heat flow. Also, the cylindrical nuclear fuel is limited to provide a high power density for efficient development.
Ici, il est difficile de préparer un élément de combustible nucléaire tubulaire et un élément de combustible nucléaire en spirale en forme de croix qui ont été récemment proposés pour résoudre les limites décrites ci-dessus. Il est également difficile de former un noyau avec un combustible nucléaire en forme de plaque typique en raison de sa forme géométrique.Here, it is difficult to prepare a tubular nuclear fuel element and a cross-shaped spiral nuclear fuel element that have been recently proposed to overcome the limitations described above. It is also difficult to form a core with a typical plate-shaped nuclear fuel because of its geometric shape.
Ainsi, un élément de combustible nucléaire tubulaire 10 selon la présente invention peut être facilement préparé en enroulant la plaque de combustible nucléaire rectangulaire dans laquelle le combustible 2 est disposé dans un matériau de revêtement 1 selon une forme en spirale.Thus, a tubular nuclear fuel element 10 according to the present invention can be easily prepared by winding the rectangular nuclear fuel plate in which the fuel 2 is disposed in a coating material 1 in a spiral shape.
Egalement, dans l'élément de combustible nucléaire tubulaire 10 selon la présente invention, l'intérieur et l'extérieur de l'élément de combustible nucléaire tubulaire 10 peuvent ne pas être complètement séparés l'un de l'autre pour résoudre les phénomènes se produisant en raison de l'intérieur étanche de l'élément de combustible nucléaire tubulaire 10 (voir les figures 5 et 6). En variante, la saillie 3 peut être formée sur la surface circonférentielle externe de l'élément de combustible nucléaire tubulaire 10 pour fixer étroitement les éléments de combustible nucléaire et les intégrer entre eux, dissipant ainsi plus facilement la chaleur générée dans l'élément de combustible nucléaire tubulaire 10. Par conséquent, on peut obtenir une efficacité à haute puissance, et un réacteur de recherche peut donc être amélioré du point de vue du rendement. Egalement, l'élément de combustible nucléaire tubulaire peut être doublement refroidi en utilisant de l'eau de refroidissement pour garantir la stabilité.Also, in the tubular nuclear fuel element 10 according to the present invention, the interior and exterior of the tubular nuclear fuel element 10 may not be completely separated from each other to resolve producing due to the sealed interior of the tubular nuclear fuel element 10 (see Figures 5 and 6). Alternatively, the projection 3 may be formed on the outer circumferential surface of the tubular nuclear fuel element 10 to closely secure the nuclear fuel elements and integrate them together, thereby more easily dissipating the heat generated in the fuel element. Therefore, high power efficiency can be achieved, and a research reactor can therefore be improved from the point of view of efficiency. Also, the tubular nuclear fuel element can be doubly cooled using cooling water to ensure stability.
Dans l'élément de combustible nucléaire tubulaire selon la présente invention, l'élément de combustible nucléaire tubulaire 10 comprend le matériau de revêtement 1 et le combustible nucléaire 2.In the tubular nuclear fuel element according to the present invention, the tubular nuclear fuel element 10 comprises the coating material 1 and the nuclear fuel 2.
Egalement, le matériau de revêtement 1 peut être un alliage à base d'aluminium et d'acier ou être un alliage à base de zirconium et d'acier. Ici, l'alliage à base de zirconium peut être une composition d'alliage de zirconium comprenant : d'environ 0,05% en poids à environ 2,5% en poids de chacun de l'un ou des deux types parmi le niobium (Nb) et l'étain (Sn) ; d'environ 0,01% en poids à environ 0,5% en poids d'au moins un type d'élément choisi dans le groupe comprenant le fer (Fe), le chrome (Cr) , le cuivre (Cu) , le nickel (Ni) et le vanadium (V) ; et le zirconium résiduel, sans y être limité.Also, the coating material 1 may be an alloy based on aluminum and steel or be an alloy based on zirconium and steel. Here, the zirconium-based alloy may be a zirconium alloy composition comprising: from about 0.05% by weight to about 2.5% by weight each of one or both of niobium (Nb) and tin (Sn); from about 0.01% by weight to about 0.5% by weight of at least one type of member selected from the group consisting of iron (Fe), chromium (Cr), copper (Cu), nickel (Ni) and vanadium (V); and residual zirconium, without being limited thereto.
Etant donné que l'alliage de zirconium a une faible section transversale d'absorption de neutron, une excellente propriété mécanique ainsi qu'une résistance à la corrosion dans un réacteur à eau légère et un réacteur à eau lourde, l'alliage de zirconium peut être utilisé en tant que matériau de revêtement pour un tube de combustible nucléaire et un tube résistant à la compression contenant le combustible nucléaire, sans y être cependant limité.Since the zirconium alloy has a small neutron absorption cross-section, an excellent mechanical property as well as a corrosion resistance in a light water reactor and a heavy water reactor, the zirconium alloy can be used as a coating material for a nuclear fuel tube and a compression-resistant tube containing the nuclear fuel, but not limited thereto.
Egalement, le combustible nucléaire 2 peut être du combustible nucléaire U-Mo.Also, the nuclear fuel 2 may be U-Mo nuclear fuel.
Dans l'élément de combustible nucléaire tubulaire selon la présente invention, une saillie en spirale 3 peut être formée sur une surface circonférentielle externe de l'élément de combustible nucléaire tubulaire 10.In the tubular nuclear fuel element according to the present invention, a spiral projection 3 may be formed on an outer circumferential surface of the tubular nuclear fuel element 10.
Etant donné que la saillie en spirale peut être formée sur la surface circonférentielle externe de l'élément de combustible nucléaire tubulaire, les éléments de combustible nucléaire peuvent être fixés étroitement et intégrés entre eux afin de dissiper plus facilement la chaleur générée dans l'élément de combustible nucléaire tubulaire.Since the spiral projection can be formed on the outer circumferential surface of the tubular nuclear fuel element, the nuclear fuel elements can be tightly fastened and integrated with one another to more easily dissipate the heat generated in the fuel cell element. tubular nuclear fuel.
Ici, la saillie en spirale 3 peut être formée en soudant une extrémité sur l'autre extrémité adjacente à la première extrémité de la plaque de combustible nucléaire ou en fixant un renforcement, sans y être cependant limitée.Here, the spiral projection 3 may be formed by welding one end to the other end adjacent to the first end of the nuclear fuel plate or attaching a reinforcement, but not limited thereto.
Dans l'élément de combustible nucléaire tubulaire selon la présente invention, l'intérieur et l'extérieur de l'élément de combustible nucléaire tubulaire 10 peuvent ne pas être complètement séparés l'un de l'autre. Un espace en spirale peut être défini dans la surface circonférentielle externe de l'élément de combustible nucléaire tubulaire pour empêcher l'intérieur et l'extérieur de l'élément de combustible nucléaire tubulaire d'être complètement séparés l'un de l'autre, résolvant ainsi les phénomènes se produisant en raison de l'intérieur étanche de l'élément de combustible nucléaire tubulaire.In the tubular nuclear fuel element according to the present invention, the interior and exterior of the tubular nuclear fuel element 10 may not be completely separated from each other. A spiral gap may be defined in the outer circumferential surface of the tubular nuclear fuel element to prevent the interior and exterior of the tubular nuclear fuel element from being completely separated from each other, thereby solving the phenomena occurring due to the sealed interior of the tubular nuclear fuel element.
La présente invention propose également un ensemble de combustible nucléaire comprenant l'élément de combustible nucléaire tubulaire. L'ensemble de combustible nucléaire constitué par les éléments de combustible nucléaire tubulaires selon la présente invention peut permettre aux éléments de combustible nucléaire d'être étroitement fixés et intégrés entre eux en raison des saillies formées sur leurs surfaces circonférentielles externes pour dissiper plus facilement la chaleur générée à l'intérieur, obtenant ainsi une meilleur efficacité de puissance. Ainsi, le réacteur de recherche peut être amélioré du point de vue du rendement. En outre, l'élément de combustible nucléaire tubulaire peut être doublement refroidi en utilisant l'eau de refroidissement pour garantir la stabilité.The present invention also provides a nuclear fuel assembly comprising the tubular nuclear fuel element. The nuclear fuel assembly consisting of the tubular nuclear fuel elements of the present invention can allow the nuclear fuel elements to be tightly fixed and integrated with each other due to projections formed on their outer circumferential surfaces to dissipate heat more easily. generated inside, thus obtaining a better power efficiency. Thus, the research reactor can be improved from a performance point of view. In addition, the tubular nuclear fuel element can be doubly cooled using cooling water to ensure stability.
Par ailleurs, si l'élément de combustible nucléaire se casse, une substance radioactive peut être introduite dans l'eau de refroidissement et ainsi avoir une mauvaise influence sur le fonctionnement d'un réacteur nucléaire. Dans des cas graves, le fonctionnement du réacteur nucléaire doit être arrêté, et ainsi, cela peut se traduire par de sérieuses pertes économiques. Cependant, l'élément de combustible nucléaire tubulaire selon la présente invention peut surmonter les limites décrites ci-dessus afin d'améliorer la stabilité et la faisabilité économique du réacteur nucléaire.On the other hand, if the nuclear fuel element breaks, a radioactive substance can be introduced into the cooling water and thus have a bad influence on the operation of a nuclear reactor. In severe cases, the operation of the nuclear reactor must be stopped, and thus this can lead to serious economic losses. However, the tubular nuclear fuel element according to the present invention can overcome the limitations described above in order to improve the stability and economic feasibility of the nuclear reactor.
Ci-après, la présente invention sera décrite de manière plus détaillée selon le mode de réalisation suivant.Hereinafter, the present invention will be described in more detail according to the following embodiment.
Cependant, le mode de réalisation suivant doit être pris en considération uniquement dans le sens descriptif et pas à des fins de limitation.However, the following embodiment should be considered only in the descriptive sense and not for limitation purposes.
Mode de réalisation 1 : Préparation de l'élément de combustible nucléaire tubulaireEmbodiment 1: Preparation of the tubular nuclear fuel element
Etape 1 : le combustible nucléaire U-Mo a été inséré dans un tube de gaine formé d'un alliage de zirconium pour préparer un élément de combustible nucléaire cylindrique.Step 1: The U-Mo nuclear fuel was inserted into a zirconium alloy cladding tube to prepare a cylindrical nuclear fuel element.
Etape 2 : l'élément de combustible nucléaire cylindrique préparé à l'étape 1 a été comprimé pour préparer une plaque de combustible nucléaire rectangulaire.Step 2: The cylindrical nuclear fuel element prepared in Step 1 was compressed to prepare a rectangular nuclear fuel plate.
Etape 3 : la plaque de combustible nucléaire préparée à l'étape 2 a été enroulée selon une forme de spirale afin de former un élément tubulaire. Ensuite une extrémité et l'autre extrémité qui est adjacente à la première extrémité de la plaque de combustible nucléaire ont été soudées entre elles afin de préparer un élément de combustible nucléaire tubulaire.Step 3: The nuclear fuel plate prepared in step 2 was wound into a spiral shape to form a tubular member. Then one end and the other end which is adjacent to the first end of the nuclear fuel plate have been welded together to prepare a tubular nuclear fuel element.
Le procédé pour préparer facilement l'élément de combustible nucléaire tubulaire selon la présente invention peut avoir un effet dans lequel la plaque de combustible nucléaire rectangulaire ayant le combustible nucléaire dans son matériau de revêtement est enroulée selon la forme de spirale. Et, selon l'élément de combustible nucléaire tubulaire préparé par le biais du procédé de préparation décrit ci-dessus, l'intérieur et l'extérieur de l'élément de combustible nucléaire tubulaire peuvent ne pas être complètement séparés l'un de l'autre, pour résoudre les phénomènes se produisant en raison de l'intérieur étanche de l'élément de combustible nucléaire tubulaire. Bien que l'intérieur et l'extérieur de l'élément de combustible nucléaire tubulaire soient complètement étanches, la saillie est formée sur la surface circonférentielle externe de l'élément de combustible nucléaire tubulaire pour fixer étroitement et intégrer les éléments de combustible nucléaire entre eux, dissipant ainsi plus facilement la chaleur générée à l'intérieur de l'élément de combustible nucléaire tubulaire. En outre, on peut obtenir une efficacité importante de dissipation de chaleur afin d'améliorer le rendement du réacteur de recherche ainsi qu'une stabilité, garantie par l'élément de combustible nucléaire tubulaire qui peut être doublement refroidi par l'eau de refroidissement.The method for easily preparing the tubular nuclear fuel element according to the present invention may have an effect in which the rectangular nuclear fuel plate having the nuclear fuel in its coating material is wound in the spiral shape. And, depending on the tubular nuclear fuel element prepared by the method of preparation described above, the inside and the outside of the tubular nuclear fuel element may not be completely separated from one another. another, to solve the phenomena occurring due to the sealed interior of the tubular nuclear fuel element. While the inside and outside of the tubular nuclear fuel element are completely sealed, the protrusion is formed on the outer circumferential surface of the tubular nuclear fuel element to tightly secure and integrate the nuclear fuel elements together. thus more easily dissipating the heat generated inside the tubular nuclear fuel element. In addition, significant heat dissipation efficiency can be achieved to improve the efficiency of the research reactor as well as stability, guaranteed by the tubular nuclear fuel element which can be doubly cooled by the cooling water.
Bien que les modes de réalisation préférés de la présente invention ont été décrits à des fins illustratives, l'homme du métier notera que différentes modifications, différents ajouts et différentes substitutions sont possibles, sans pour autant s'éloigner de la portée ni de l'esprit de l'invention telle que décrite dans les revendications jointes.Although preferred embodiments of the present invention have been described for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, different additions and substitutions are possible without departing from the scope or spirit of the invention as described in the appended claims.
Claims (12)
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